面试题：缓存更新机制对视频直播实时性的影响

Question

描述不同的缓存更新机制（如写直达、写回等），并分析它们在视频直播系统中对实时性保障会产生怎样不同的影响，如何根据直播业务特点选择合适的缓存更新机制？

Answer 1

不同缓存更新机制

1. 写直达（Write - Through）
   • 机制描述：当有数据更新时，同时将数据写入缓存和后端存储。这样可以保证缓存和后端存储的数据始终保持一致。例如，在视频直播系统中，如果主播的实时视频数据发生了变化，这个变化会立即被写入缓存，同时也会写入后端的存储服务器（如磁盘阵列等持久化存储设备）。
   • 优点：数据一致性强，因为每次更新都同步到后端存储，系统崩溃等情况不会导致数据丢失，缓存失效后从后端读取的数据也是最新的。
   • 缺点：每次写操作都需要访问后端存储，I/O 开销较大，可能会影响系统性能。
2. 写回（Write - Back）
   • 机制描述：数据更新时，只写入缓存，并不立即写入后端存储。只有当缓存中的数据被替换（例如缓存已满，需要腾出空间）或者系统特定的检查点时，才将缓存中修改过的数据写回后端存储。在视频直播系统里，对于直播视频流的一些临时处理数据（如当前正在播放的一小段视频的临时转码结果），可以先更新到缓存中。
   • 优点：减少了对后端存储的写操作次数，因为只有在必要时才写回，所以能提高系统整体性能，尤其是在频繁写操作的场景下。
   • 缺点：存在数据一致性问题，如果系统在缓存数据写回后端存储之前崩溃，那么缓存中未写回的数据将会丢失。

对视频直播系统实时性保障的影响

1. 写直达
   • 实时性影响：对实时性有一定的负面影响。由于每次更新都要写入后端存储，而后端存储（如磁盘）的读写速度相对较慢，这可能会导致写操作的延迟增加。在视频直播系统中，这可能会使主播发布的新视频数据不能及时传递给观众，出现直播画面卡顿或者延迟现象。不过，由于数据一致性好，当观众获取数据时，能确保得到的是最新的直播内容。
2. 写回
   • 实时性影响：在实时性方面有一定优势。因为写操作只在缓存中进行，速度快，所以能更快地响应新数据的更新请求。例如，主播的实时画面变化能够快速反映在缓存中，从而更快地传递给观众。然而，由于存在数据一致性风险，如果在缓存数据写回后端存储之前发生缓存数据丢失（如缓存故障等情况），可能会导致直播数据不完整，影响直播的连贯性和实时性体验。

根据直播业务特点选择合适的缓存更新机制

1. 直播业务特点
   • 实时性要求高：观众期望看到的直播内容几乎没有延迟，主播的操作和画面变化要能迅速传递给观众。
   • 数据一致性要求相对较高：虽然不像金融等领域要求绝对的数据一致性，但直播数据（如直播画面、声音等）也需要尽量保持连贯和完整，否则会严重影响观看体验。
2. 选择建议
   • 综合考虑场景：对于直播系统中关键的、需要长期保存且对数据一致性要求极高的数据（如直播存档数据），可以采用写直达机制，确保数据准确无误地保存到后端存储，以便后续回放等操作。
   • 针对实时数据：对于直播过程中实时传递给观众的视频流、音频流等实时性要求极高的数据，优先采用写回机制。为了降低数据丢失风险，可以结合一些数据冗余和恢复策略，如在缓存中对重要数据进行多份备份，或者定期将缓存中的关键数据强制写回后端存储等。这样既能利用写回机制的高速特点保障实时性，又能在一定程度上解决数据一致性问题。